DE102018221872A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

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Thomas Danne
Kai Weeber
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung geht aus von Heizvorrichtung mit zumindest einem Heizungsvorlauf (12a; 12b; 12c; 12d), einem Heizungsrücklauf (14a; 14b; 14c; 14d) und einer Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d) zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf (12a; 12b; 12c; 12d).Es wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d), insbesondere eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit, zu einer Energieversorgung der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d) umfasst.

Description

  • Stand der Technik
  • Es ist bereits eine Heizvorrichtung mit zumindest einem Heizungsvorlauf, einem Heizungsrücklauf und einer Wärmepumpeneinheit zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf vorgeschlagen worden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung mit zumindest einem Heizungsvorlauf, einem Heizungsrücklauf und einer Wärmepumpeneinheit zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit, insbesondere eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit, zu einer Energieversorgung der Wärmepumpeneinheit umfasst. Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung zu einer Beheizung eines Raums vorgesehen. Unter einem „Raum“ soll insbesondere ein baulich zumindest teilweise abgetrennter Bereich verstanden werden. Insbesondere ist die Heizvorrichtung zu einer Beheizung eines Zimmers, einer Wohnung, einer Etage und/oder eines Gebäudes vorgesehen. Es ist aber auch denkbar, dass die Heizvorrichtung zu einer Beheizung von statischen oder mobilen Kabinen, wie etwa einer Druckkabine, einem Führerhaus, einer Telefonzelle oder dergleichen, und/oder von temporären Bauten, beispielsweise Zelten, Ständen, Baucontainern oder dergleichen, vorgesehen ist. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell eingerichtet, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Zusätzlich oder alternativ ist die Heizvorrichtung zu einer Erhitzung von Brauchwasser vorgesehen. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
  • Vorzugsweise ist die Wärmepumpeneinheit elektrisch betrieben ausgebildet. Vorzugsweise ist die Wärmepumpeneinheit als Kompressions-Wärmepumpeneinheit ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit einen elektrisch betriebenen Verdichter zu einem Verdichten eines Arbeitsmediums. Insbesondere umfasst die Wärmepumpeneinheit einen Elektromotor zu einem Antrieb des Verdichters. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit zumindest einen Kondensator zu einer Wärmeübertragung von dem Arbeitsmedium auf den Heizungsvorlauf. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit zumindest einen Verdampfer zu einer Wärmeübertragung von einer Wärmequelle auf das Arbeitsmedium. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit zumindest ein Expansionsventil. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit zumindest einen Wärmeträgerkreislauf für das Arbeitsmedium. Vorzugsweise verbindet der Wärmeträgerkreislauf den Verdichter, den Kondensator, das Expansionsventil und den Verdampfer fluidtechnisch miteinander, insbesondere in dieser Reihenfolge. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit zumindest einen Wärmezufuhrkanal zu einer Zuführung der Wärmequelle zu dem Verdampfer. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit zumindest ein Fluidförderelement zu einer Förderung der Wärmequelle durch den Wärmezufuhrkanal. Vorzugsweise sind/ist der Wärmezufuhrkanal und/oder das Fluidförderelement zu einer Nutzung von Umgebungsluft als Wärmequelle ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich sind/ist der Wärmezufuhrkanal und/oder das Fluidförderelement zu einer Nutzung von Grundwasser, Meerwasser und/oder Erdwärme als Wärmequelle ausgebildet. Alternativ ist die Wärmepumpeneinheit als elektrokalorische Wärmepumpeneinheit und/oder als Absorptionswärmepumpeneinheit ausgebildet.
  • Unter einer „Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Hochtemperaturbrennstoffzelle verstanden werden. Insbesondere kann die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auch die gesamte Hochtemperaturbrennstoffzelle, einen Stack aus Hochtemperaturbrennstoffzellen und/oder einen Verbund mehrerer Stacks aus Hochtemperaturbrennstoffzellen umfassen. Vorzugsweise ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit als Festoxidbrennstoffzelleneinheit, kurz SOFC, ausgebildet. Es ist denkbar, dass die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit als Schmelzkarbonat-Brennstoffzelleneinheit, kurz MCFC, ausgebildet ist. Es ist auch denkbar, dass eine als SOFC oder MCFC ausgebildete Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit zumindest eine zusätzliche Brennstoffzelle und/oder Stacks aus Brennstoffzellen eines anderen Typs umfasst, beispielsweise Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen, alkalische Brennstoffzellen, Phosphorsäure-Brennstoffzellen oder dergleichen.
  • Vorzugsweise ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit dazu vorgesehen, einen Brennstoff unter Zuführung eines Oxidans in einem elektrochemischen Prozess zu einer elektrischen Energiegewinnung zu verwerten. Vorzugsweise ist der Brennstoff als Wasserstoff und/oder Erdgas ausgebildet. Vorzugsweise ist das Oxidans als Umgebungsluft ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit (engl.: membrane electrode assembly MEA). Insbesondere umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit zumindest eine Oxidanselektrode, insbesondere zu einem Kontakt mit dem Oxidans, eine Brennstoffelektrode, insbesondere zu einem Kontakt mit dem Brennstoff, und zumindest eine zwischen der Brennstoffelektrode und der Oxidanselektrode angeordnete Elektrolytschicht. Vorzugsweise ist die Membran-Elektroden-Einheit metallgestützt. Es ist aber auch denkbar, dass die Membran-Elektroden-Einheit keramikgestützt, anodengestützt, elektrolytgestützt oder kathodengestützt ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit Zusatzelemente zu einem Betrieb einer Hochtemperaturbrennstoffzelle, wie beispielsweise eine Brennstoffzufuhrleitung, eine Oxidanszufuhrleitung, eine Abgasleitung, eine Rezirkulationsleitung, ein Förderelement zu einer Förderung des Brennstoffs, des Oxidans und/oder des Abgases, einen Nachbrenner, einen Reformer, einen Wärmetauscher zu einer Abgaswärmerückgewinnung, einen elektrischen Startheizer und/oder weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Zusatzelemente zu einem Betrieb zumindest einer Hochtemperaturbrennstoffzelle.
  • Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit elektrisch an der Wärmepumpeneinheit angeschlossen. Insbesondere ist die Membran-Elektroden-Einheit elektrisch an dem Elektromotor angeschlossen. Insbesondere ist die Brennstoffzelleneinheit in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen, den Elektromotor mit elektrischer Energie zu versorgen. Insbesondere ist die Brennstoffzelleneinheit dazu ausgelegt, in zumindest einem Betriebszustand einen maximalen Energiebedarf des Elektromotors vollständig zu decken. Es ist denkbar, dass die Brennstoffzelleneinheit zusätzlich elektrisch an dem Fluidförderelement angeschlossen ist, insbesondere zu einer Energieversorgung des Fluidförderelements. Insbesondere ist die Heizvorrichtung CO2-emissionsarm. Unter „CO2-emissionsarm“ soll insbesondere verstanden werden, dass bei einem Betrieb der Heizvorrichtung im Jahresmittel zumindest weniger als 150 kg, vorzugsweise weniger als 120 kg, besonders bevorzugt weniger als 90 kg Kohlenstoffdioxid (CO2) pro Megawattstunde erzeugter Heizwärme emittiert werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Heizvorrichtung mit einem vorteilhaft geringen Strombezug aus einem Stromnetz betrieben werden. Insbesondere kann die Heizvorrichtung mit vorteilhaft geringen Stromkosten betrieben werden. Insbesondere kann eine Heizvorrichtung mit einer vorteilhaft geringen CO2-Emission zur Verfügung gestellt werden. Vorteilhaft kann ein Raum mit geringer Wärmeisolierung vorteilhaft CO2-emissionsarm beheizt werden. Insbesondere kann ein Altbau vorteilhaft kostengünstig mit einer CO2-emissionsarmen Heizvorrichtung nachgerüstet werden. Insbesondere können zusätzlicher zeitlicher und finanzieller Aufwand sowie eine Verschmutzung durch eine energetische Sanierung eines Gebäudes vorteilhaft gering gehalten werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft hohe Bandbreite an Brennstoffen zu einem Betrieb der Heizvorrichtung verwendet werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest einen Wärmeübertrager zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf den Heizungsvorlauf umfasst. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager als indirekter Wärmeübertrager, insbesondere ohne Stoffaustausch zwischen der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit und dem Heizungsvorlauf, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Abgasleitung der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit an dem Wärmeübertrager angeschlossen. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit und dem Wärmeübertrager ein abgeschlossener Wärmeträgerkreislauf der Heizvorrichtung angeordnet ist, insbesondere zu einer Wärmeübertragung von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf den Wärmeübertrager. Der Wärmeübertrager kann als Doppelrohrwärmeübertrager, als Plattenwärmeübertrager, als Rohrbündelwärmeübertrager oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager als Gegenstromwärmeübertrager ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass der Wärmeübertrager als Gleichstromwärmeübertrager oder als Kreuzstromwärmeübertrager ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager als Vorlaufwärmeübertrager ausgebildet und fluidtechnisch an dem Heizungsvorlauf angeschlossen. Alternativ ist zwischen dem Wärmeübertrager und dem Heizungsvorlauf zumindest ein weiteres wärmeübertragendes Objekt angeordnet, beispielsweise ein Wärmeträgerkreislauf der Wärmepumpeneinheit mit dem Arbeitsmedium der Wärmepumpeneinheit, insbesondere zu einer mittelbaren Wärmeübertragung, beispielsweise über das Arbeitsmedium, von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf den Heizungsvorlauf. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Abwärme der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit vorteilhaft genutzt werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft effiziente Heizvorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann eine Heizvorrichtung mit einem vorteilhaft geringen Energieverbrauch zur Verfügung gestellt werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest einen Wärmeübertrager zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf einen Wärmeträgerkreislauf der Wärmepumpeneinheit umfasst. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager fluidtechnisch an dem Wärmeträgerkreislauf der Wärmpumpe angeschlossen. Ein Wärmeübertrager, der fluidtechnisch an dem Wärmeträgerkreislauf angeschlossen ist, wird zu einer Unterscheidung im Weiteren als Wärmepumpenwärmeübertrager bezeichnet. Insbesondere weist der Wärmepumpenwärmeübertrager die Eigenschaften des zuvor beschriebenen Wärmeübertragers auf. Insbesondere ist der Wärmepumpenwärmeübertrager zu einer mittelbaren Wärmeübertragung von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf den Heizungsvorlauf vorgesehen. Die Heizvorrichtung umfasst den Wärmepumpenwärmeübertrager zusätzlich oder alternativ zu dem Vorlaufwärmeübertrager. Vorzugsweise sind der Vorlaufwärmeübertrager und der Wärmepumpenwärmeübertrager brennstoffzellenseitig fluidtechnisch seriell miteinander verbunden. Es ist aber auch denkbar, dass der Vorlaufwärmeübertrager und der Wärmepumpenwärmeübertrager brennstoffzellenseitig fluidtechnisch parallel zueinander und/oder unabhängig voneinander mit der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit verbunden sind. In einer alternativen Ausgestaltung ist zwischen dem Wärmeübertrager und dem Wärmeträgerkreislauf zumindest ein weiteres wärmeübertragendes Objekt angeordnet, beispielsweise der Wärmezufuhrkanal mit der Wärmequelle, insbesondere zu einer mittelbaren Wärmeübertragung, beispielsweise über die Wärmequelle, von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf den Wärmeträgerkreislauf. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Wärmepumpeneinheit vorteilhaft effektiv betrieben werden. Insbesondere kann eine Pumpleistung der Wärmepumpeneinheit vorteilhaft auf die von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit übertragene Wärmemenge abgestimmt werden.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest einen Wärmeübertrager, welcher in einem Wärmezufuhrkanal der Wärmepumpeneinheit angeordnet ist, umfasst. Vorzugsweise ist der fluidtechnisch an dem Wärmezufuhrkanal angeschlossen. Ein Wärmeübertrager, der fluidtechnisch an dem Wärmezufuhrkanal angeschlossen ist, wird zu einer Unterscheidung im Weiteren als Zufuhrwärmeübertrager bezeichnet. Insbesondere weist der Zufuhrwärmeübertrager die Eigenschaften des zuvor beschriebenen Wärmeübertragers auf. Insbesondere ist der Zufuhrwärmeübertrager zu einer mittelbaren Wärmeübertragung von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf den Wärmeträgerkreislauf und/oder den Heizungsvorlauf vorgesehen. Die Heizvorrichtung umfasst den Zufuhrwärmeübertrager zusätzlich oder alternativ zu dem Vorlaufwärmeübertrager und/oder dem Wärmepumpenwärmeübertrager. Vorzugsweise ist der Zufuhrwärmeübertrager brennstoffzellenseitig fluidtechnisch seriell mit dem Wärmepumpenwärmeübertrager und/oder dem Vorlaufwärmeübertrager verbunden. Es ist aber auch denkbar, dass der Zufuhrwärmeübertrager brennstoffzellenseitig fluidtechnisch parallel zu und/oder unabhängig von dem Wärmepumpenwärmeübertrager und/oder dem Vorlaufwärmeübertrager an der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit angeschlossen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Wärmedifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Heizungsvorlauf vorteilhaft gering gehalten werden. Insbesondere kann die Wärmepumpeneinheit mit einer vorteilhaft geringen elektrischen Energie betrieben werden.
  • Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest einen Wärmeübertrager umfasst, welcher in einem Niederdruckbereich der Wärmepumpeneinheit angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Wärmepumpenwärmeübertrager in dem Niederdruckbereich der Wärmepumpeneinheit angeordnet. Insbesondere wird ein Wärmepumpenwärmeübertrager, der in dem Niederdruckbereich angeordnet ist, im Weiteren als Niederdruckwärmeübertrager bezeichnet. Insbesondere weist der Niederdruckwärmeübertrager die Eigenschaften des zuvor beschriebenen Wärmeübertragers und/oder Wärmepumpenwärmeübertragers auf. Vorzugsweise ist der Niederdruckwärmeübertrager fluidtechnisch in den Wärmeträgerkreislauf der Wärmepumpeneinheit eingebunden. Vorzugsweise ist der Niederdruckwärmeübertrager fluidtechnisch zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Wärmepumpeneinheit vorteilhaft effektiv betrieben werden. Insbesondere kann das Arbeitsmedium in dem Niederdruckbereich vorteilhaft vorverdichtet werden. Insbesondere kann der Verdichter mit einer vorteilhaft geringen elektrischen Energie betrieben werden.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen dass die Heizvorrichtung zumindest einen Wärmeübertrager umfasst, welcher in einem Hochdruckbereich der Wärmepumpeneinheit angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Wärmepumpenwärmeübertrager in dem Hochdruckbereich der Wärmepumpeneinheit angeordnet. Insbesondere wird ein Wärmepumpenwärmeübertrager, der in dem Hochdruckbereich angeordnet ist, im Weiteren als Hochdruckwärmeübertrager bezeichnet. Insbesondere weist der Hochdruckwärmeübertrager die Eigenschaften des zuvor beschriebenen Wärmeübertragers und/oder Wärmepumpenwärmeübertragers auf. Vorzugsweise ist der Hochdruckwärmeübertrager fluidtechnisch in den Wärmeträgerkreislauf der Wärmepumpeneinheit eingebunden. Vorzugsweise ist der Hochdruckwärmeübertrager fluidtechnisch zwischen dem Verdichter und dem Kondensator angeordnet. Die Heizvorrichtung umfasst den Hochdruckwärmeübertrager zusätzlich oder alternativ zu dem Niederdruckwärmeübertrager. Vorzugsweise ist der Hochdruckwärmeübertrager brennstoffzellenseitig fluidtechnisch seriell mit dem Niederdruckwärmeübertrager verbunden. Es ist aber auch denkbar, dass der Hochdruckwärmeübertrager brennstoffzellenseitig fluidtechnisch parallel zu und/oder unabhängig von dem Niederdruckwärmeübertrager an der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit angeschlossen ist. Insbesondere können zwei verschiedenen Wärmeübertrager, wie der Vorlaufwärmeübertrager, der Hochdruckwärmeübertrager, der Niederdruckwärmeübertrager und/oder der Zufuhrwärmeübertrager, im Wesentlichen baugleich ausgebildet sein oder verschiedene Bauformen aufweisen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Wärmepumpeneinheit vorteilhaft effektiv betrieben werden. Insbesondere kann das Arbeitsmedium in dem Hochdruckbereich vorteilhaft nachverdichtet werden. Insbesondere kann der Verdichter mit einer vorteilhaft geringen elektrischen Energie betrieben werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft hohe Temperatur des Arbeitsmediums am Kondensator erreicht werden. Insbesondere erfolgt eine Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf vorteilhaft schnell.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein Wirkungsgrad der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit zumindest 50 % beträgt. Unter dem „Wirkungsgrad“ einer Brennstoffzelle soll insbesondere das Verhältnis von einer durch die Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Leistung zu einem oberen oder unteren Heizwert des in die Brennstoffzelle eingespeisten Brennstoffs verstanden werden. Vorzugsweise ist der Wirkungsgrad größer als 55 %, bevorzugt größer als 60 %, besonders bevorzugt größer als 65 %. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Heizvorrichtung mit vorteilhaft geringen Betriebskosten bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine Heizvorrichtung mit vorteilhaft geringem Brennstoffverbrauch bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine mit einer Herstellung und einem Transport des Brennstoffs verbundene CO2-Emission vorteilhaft gering gehalten werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest eine gemeinsame Gehäuseeinheit zu einer gemeinsamen Anordnung der Wärmepumpeneinheit und der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit innerhalb der gemeinsamen Gehäuseeinheit aufweist. Insbesondere sind die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit und die Wärmepumpeneinheit ineinander integriert. Insbesondere umgibt die Gehäuseeinheit die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit und die Wärmepumpeneinheit. Es ist aber auch denkbar, dass die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit und die Wärmepumpeneinheit modular aufgebaut sind. Insbesondere weist die Gehäuseeinheit zumindest ein Gehäusesegment zu einer Aufnahme der Wärmepumpeneinheit auf. Insbesondere weist die Gehäuseeinheit zumindest ein weiteres Gehäusesegment zu einer Aufnahme der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf. Vorzugsweise sind das Gehäusesegment und das weitere Gehäusesegment aneinander angeordnet. Vorzugsweise weist die Gehäuseeinheit einen Gaseinlassanschluss auf, insbesondere zu einem Einlas den Brennstoffs und/oder des Oxidans in die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise weist die Gehäuseeinheit einen Abgasauslassanschluss auf, insbesondere zu einem Auslass eines Abgases der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise weist die Gehäuseeinheit einen Vorlaufanschluss und/oder einen Rücklaufanschluss auf, insbesondere zu einem Anschluss des Heizungsrücklaufs und/oder des Heizungsvorlaufs an Heizkörper und/oder Brauchwassertanks. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine CO2-emissionsarme Heizvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die vorteilhaft kompakt ist. Insbesondere kann eine CO2-emissionsarme Heizvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die vorteilhaft im Heizungsbau standardisierte Schnittstellen aufweist. Insbesondere kann eine CO2-emissionsarme Heizvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die vorteilhaft ohne Zusatzwissen angeschlossen und betrieben werden kann.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit zu einer Energieversorgung nur der Wärmepumpeneinheit vorgesehen ist. Vorzugsweise ist eine maximale elektrische Leistungsausgabe der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf einen maximalen elektrischen Leistungsbedarf der Wärmepumpeneinheit abgestimmt. Insbesondere ist eine maximale elektrische Leistungsausgabe der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf einen maximalen elektrischen Leistungsbedarf des Elektromotors und/oder des Fluidförderelements abgestimmt. Es ist denkbar, dass die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit zumindest in einem regulären Betrieb zumindest ein elektrisch betriebenes Zusatzelement, beispielsweise ein Förderelement, der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit mit elektrischer Energie versorgt. Vorzugsweise umfasst die Heizvorrichtung zumindest ein Netzanschlusselement zu einem Bezug von elektrischer Energie zumindest während einer Inbetriebnahme der Heizvorrichtung. Das Netzanschlusselement kann zu einem Anschluss an ein öffentliches Stromnetz vorgesehen sein und/oder zu einem Anschluss an eine lokale Stromerzeugungsanlage, wie beispielsweise eine Photovoltaikanalage, eine Windkraftanlage oder dergleichen. Es ist auch denkbar, dass die Heizvorrichtung einen Strompuffer aufweist, beispielsweise einen Akkumulator, einen Superkondensator oder dergleichen, insbesondere um Schwankungen im Leistungsbedarf der Wärmepumpeneinheit zu kompensieren, welche schneller sind als eine typische Reaktionszeit der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit vorteilhaft kompakt ausgebildet werden. Insbesondere kann die Heizvorrichtung vorteilhaft eigenständig betrieben werden. Insbesondere ist die Heizvorrichtung vorteilhaft unabhängig von vorhandener Infrastruktur. Insbesondere kann eine vorteilhaft kostengünstige Heizvorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist eine energetische Sanierung eines Gebäudes mit der Heizvorrichtung mit vorteilhaft geringen Zusatzkosten verbunden.
  • Darüber hinaus geht die Erfindung aus von einem Verfahren zu einem Betrieb einer Heizvorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung. Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit der Heizvorrichtung eine Wärmepumpeneinheit der Heizvorrichtung mit Energie versorgt. Vorzugsweise versorgt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit in zumindest einem Verfahrensschritt die Wärmepumpeneinheit, insbesondere den Elektromotor und/oder das Fluidförderelement, mit elektrischer Energie. Insbesondere versorgt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit in zumindest einem Verfahrensschritt die Wärmepumpeneinheit und/oder den an der Wärmepumpeneinheit angeschlossenen Heizungsvorlauf mit thermischer Energie. Insbesondere wird in zumindest einem Verfahrensschritt Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit auf den Wärmezufuhrkanal, den Wärmeträgerkreislauf, insbesondere den Niederdruckbereich und/oder den Hochdruckbereich, und/oder auf den Heizungsvorlauf übertragen. Vorzugsweise versorgt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit in zumindest einem Verfahrensschritt ausschließlich die Wärmepumpeneinheit. Insbesondere wird die Wärmepumpeneinheit in zumindest einem Verfahrensschritt ausschließlich von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit mit elektrischer Energie versorgt. Vorzugsweise überträgt die Wärmepumpeneinheit in zumindest einem Verfahrensschritt Umweltenergie von der Wärmequelle auf das Arbeitsmedium in dem Wärmeträgerkreislauf, insbesondere mittels des Verdampfers. Vorzugsweise überträgt die Wärmepumpeneinheit in zumindest einem Verfahrensschritt Wärme von dem Arbeitsmedium in dem Wärmeträgerkreislauf auf den Heizungsvorlauf, insbesondere mittels des Kondensators. Insbesondere verdichtet der Verdichter in zumindest einem Verfahrensschritt das Arbeitsmedium. Insbesondere wälzt der Verdichter in zumindest einem Verfahrensschritt das Arbeitsmedium in dem Wärmeträgerkreislauf um. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Heizvorrichtung mit einem vorteilhaft geringen Strombezug aus einem Stromnetz betrieben werden. Insbesondere kann die Heizvorrichtung mit vorteilhaft geringen Stromkosten betrieben werden. Insbesondere kann eine Heizvorrichtung mit einer vorteilhaft geringen CO2-Emission betrieben werden. Vorteilhaft kann ein Raum mit geringer Wärmeisolierung vorteilhaft CO2-emissionsarm beheizt werden. Insbesondere kann ein Altbau vorteilhaft kostengünstig mit einer CO2-emissionsarmen Heizvorrichtung nachgerüstet werden. Insbesondere können zusätzlicher zeitlicher und finanzieller Aufwand sowie eine Verschmutzung durch eine energetische Sanierung eines Gebäudes vorteilhaft gering gehalten werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft hohe Bandbreite an Brennstoffen zu einem Betrieb der Heizvorrichtung verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
  • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
    • 1 eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
    • 2 eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
    • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 4 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
    • 5 eine schematische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Heizvorrichtung und
    • 6 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine schematische Heizvorrichtung 10a. Die Heizvorrichtung 10a weist zumindest einem Heizungsvorlauf 12a auf (siehe 2). Die Heizvorrichtung 10a umfasst zumindest einen Heizungsrücklauf 14a (siehe 2). Die Heizvorrichtung 10a umfasst eine Wärmepumpeneinheit 16a. Die Wärmepumpeneinheit 16a ist zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf 12a vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10a umfasst zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a. Vorzugsweise ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a als Festoxidbrennstoffzelleneinheit ausgebildet. Die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a ist zu einer Energieversorgung der Wärmepumpeneinheit 16a vorgesehen. Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung 10a zu einer Beheizung eines Gebäudes 36a vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10a umfasst zumindest eine gemeinsame Gehäuseeinheit 32a. Die Gehäuseeinheit 32a ist zu einer gemeinsamen Anordnung der Wärmepumpeneinheit 16a und der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a innerhalb der gemeinsamen Gehäuseeinheit 32a vorgesehen. Insbesondere ist die Gehäuseeinheit 32a zu einer Aufstellung der Heizvorrichtung 10a in einem Außenbereich vorgesehen. Es ist aber auch denkbar, dass die Heizvorrichtung 10a in einem Innenbereich aufgestellt wird. Vorzugsweise ist die Gehäuseeinheit 32a wetterfest ausgebildet. Insbesondere weist die Gehäuseeinheit 32a zumindest ein Gehäusesegment 38a auf. Insbesondere weist die Gehäuseeinheit 32a ein Gebläsegehäusesegment 40a auf. Insbesondere weist die Gehäuseeinheit 32a ein weiteres Gehäusesegment 42a auf. Vorzugsweise ist die Wärmepumpeneinheit 16a in dem Gehäusesegment 38a und/oder dem Gebläsegehäusesegment 40a angeordnet. Vorzugsweise ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in dem weiteren Gehäusesegment 42a angeordnet. Insbesondere weist die Gehäuseeinheit 32a ein Sockelsegment 44a auf. Vorzugsweise ist das Sockelsegment 44a zu einer stabilen Aufstellung der Heizvorrichtung 10a vorgesehen. Insbesondere nimmt das Sockelsegment 44a eine als Erdleitung ausgebildete Zu- und/oder Ableitung der Heizvorrichtung 10a auf. Beispielsweise ist der Heizungsvorlauf 12a, der Heizungsrücklauf 14a, eine Brennstoffzuleitung 46a der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a und/oder ein Wärmezufuhrkanal 26a der Wärmepumpeneinheit 16a als Erdleitung ausgebildet. Vorzugsweise ist an dem Sockelsegment 44a das weitere Gehäusesegment 42a und/oder das Gehäusesegment 38a angeordnet. Vorzugsweise ist an dem weiteren Gehäusesegment 42a und/oder an dem Gehäusesegment 38a das Gebläsegehäusesegment 40a angeordnet.
  • 2 zeigt die Wärmepumpeneinheit 16a und die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a einen Wärmeträgerkreislauf 24a, insbesondere zu einem Transport eines Arbeitsmediums. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a einen Verdampfer 48a. Vorzugsweise ist der Verdampfer 48a an den Wärmeträgerkreislauf 24a angeschlossen. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a einen Verdichter 50a. Vorzugsweise ist der Verdichter 50a an dem Wärmeträgerkreislauf 24a angeschlossen. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a einen Elektromotor 52a, insbesondere zu einem Betrieb des Verdichters 50a. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a einen Kondensator 54a. Vorzugsweise ist der Kondensator 54 an dem Wärmeträgerkreislauf 24a angeschlossen. Vorzugsweise ist der Heizungsvorlauf 12a und/oder der Heizungsrücklauf 14a an den Kondensator 54 angeschlossen. Insbesondere ist der Kondensator 54 dazu vorgesehen, Wärme von dem Arbeitsmedium auf den Heizungsvorlauf 12a zu übertragen. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a ein Expansionsventil 56a. Vorzugsweise ist das Expansionsventil 56a in dem Wärmeträgerkreislauf 24a angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a zumindest den Wärmezufuhrkanal 26a. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a einen Wärmequellenauslasskanal 58a. Vorzugsweise ist der Wärmezufuhrkanal 26a und/oder der Wärmequellenauslasskanal 58a an dem Verdampfer 48a angeschlossen. Insbesondere ist der Verdampfer 48a dazu vorgesehen, Wärme von dem Wärmezufuhrkanal 26a auf das Arbeitsmedium zu übertragen. Vorzugsweise umfasst die Wärmepumpeneinheit 16a zumindest ein Fluidförderelement 60a. Insbesondere ist das Fluidförderelement 60a dazu vorgesehen, eine Wärmequelle 62a durch den Wärmezufuhrkanal 26a zu fördern. Vorzugsweise ist die Wärmequelle 62a als Umgebungsluft ausgebildet. Insbesondere ist das Fluidförderelement 60a als Gebläse oder weiterer Verdichter ausgebildet. Vorzugsweise sind/ist das Fluidförderelement 60a und/oder der Verdampfer 48a in dem Gebläsegehäusesegment 40a angeordnet (vgl. 1). Vorzugsweise sind/ist der Verdichter 50a, der Kondensator 54a und/oder der Elektromotor 52a in dem Gehäusesegment 38a angeordnet.
  • Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit 64a. Vorzugsweise umfasst die Membran-Elektroden-Einheit 64a zumindest eine Brennstoffelektrode 66a. Vorzugsweise umfasst die Membran-Elektroden-Einheit 64a zumindest eine Oxidanselektrode 68a. Vorzugsweise umfasst die Membran-Elektroden-Einheit 64a zumindest eine dichte Elektrolytschicht 70a zwischen der Oxidanselektrode 68a und der Brennstoffelektrode 66a. Vorzugsweise ist an die Oxidanselektrode 68a eine Oxidanszufuhrleitung 72a der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a angeschlossen. Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a zumindest ein Oxidansförderelement 74a. Vorzugsweise ist das Oxidansförderelement 74a in der Oxidanszufuhrleitung 72a angeordnet. Es ist denkbar, dass die Oxidanszufuhrleitung 72a und der Wärmezufuhrkanal 26a fluidtechnisch miteinander verbunden sind, insbesondere dieselbe Eingangsöffnung in der Gehäuseeinheit 32a aufweisen. Es ist denkbar, dass das Oxidansförderelement 74a als dasselbe Bauteil wie das Fluidförderelement 60a ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a zumindest die Brennstoffzuleitung 46a. Vorzugsweise ist die Brennstoffzuleitung 46a an der Brennstoffelektrode 66a angeschlossen. Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a zumindest ein Brennstoffförderelement 76a. Vorzugsweise ist das Brennstoffförderelement 76a in der Brennstoffzuleitung 46a angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a zumindest einen Nachbrenner 78. Vorzugsweise ist der Nachbrenner 78a an die Membran-Elektroden-Einheit 64a angeschlossen. Vorzugsweise umfasst die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a zumindest einen Wärmetauscher 80a, insbesondere zu einer zumindest teilweisen Rückgewinnung der Wärme aus einer Abgasleitung 79a der Membran-Elektroden-Einheit 64a und/oder des Nachbrenners 78a. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher 80a in der Oxidanszufuhrleitung 72a und/oder der Brennstoffzuleitung 46a angeordnet, insbesondere zu einer Wärmeübertragung von der Abgasleitung 79a auf einen Brennstoff 81a und/oder auf ein Oxidans 82a. Ein Wirkungsgrad der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a beträgt zumindest 50 %. Die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a ist zu einer, insbesondere elektrischen, Energieversorgung nur der Wärmepumpeneinheit 16a vorgesehen. Insbesondere ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a zu einer elektrischen Energieversorgung des Elektromotors 52a vorgesehen. Es ist auch denkbar, dass die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, das Fluidförderelement 60a, das Oxidansförderelement 74a und/oder das Brennstoffförderelement 76a mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • Die Heizvorrichtung 10a umfasst zumindest einen Wärmeübertrager 20a-23a. Der Wärmeübertrager 20a-23a ist zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a auf den Heizungsvorlauf 12a vorgesehen. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager 20a-23a an der Abgasleitung 79a angeschlossen. Die Wärmeübertrager 20a-23a unterscheiden sich durch ihre Positionierung innerhalb einer Wärmetransportstrecke von der Wärmequelle 62a zum Heizungsvorlauf 12a. Insbesondere unterscheiden sich die Wärmeübertrager 20-23a durch ihre Einbringungsstelle der Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in die Wärmetransportstrecke von der Wärmequelle 62a zum Heizungsvorlauf 12a. Vorzugsweise umfasst die Heizvorrichtung einen der Wärmeübertrager 20a-23a. 2 zeigt eine Ausgestaltung mit dem Wärmeübertrager 21a, die alternativen Wärmeübertrager 20a, 22a, 23a sind andeutungsweise dargestellt. Ein Austausch des Wärmeübertragers 21a mit einem der Wärmeübertrager 20a, 22a, 23a kann von einem Fachmann während einer Planung und/oder nach dem Einbau der Heizvorrichtung 10a durchgeführt werden.
  • Die Heizvorrichtung 10a umfasst zumindest den als Hochdruckwärmeübertrager 84a bezeichneten Wärmeübertrager 21a, welcher in einem Hochdruckbereich 30a der Wärmepumpeneinheit 16a angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Hochdruckwärmeübertrager 84a zwischen dem Verdichter 50a und dem Kondensator 54a angeordnet.
  • Alternativ umfasst die Heizvorrichtung 10a zumindest den als Niederdruckwärmeübertrager 88a bezeichneten Wärmeübertrager 23a, welcher in einem Niederdruckbereich 28a der Wärmepumpeneinheit 16a angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Niederdruckwärmeübertrager 88a zwischen dem Verdampfer 48a und dem Verdichter 50a angeordnet.
  • Alternativ umfasst die Heizvorrichtung 10a zumindest den als Zufuhrwärmeübertrager 90a bezeichneten Wärmeübertrager 20a, der in einem Wärmezufuhrkanal 26a der Wärmepumpeneinheit 16a angeordnet ist.
  • Der Hochdruckwärmeübertrager 84a, der Niederdruckwärmeübertrager 88a und/oder der Zufuhrwärmeübertrager 90a sind/ist zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a auf den Wärmeträgerkreislauf 24a der Wärmepumpeneinheit 16a vorgesehen. Insbesondere sind/ist der Hochdruckwärmeübertrager 84a, der Niederdruckwärmeübertrager 88a und/oder der Zufuhrwärmeübertrager 90a zu einer mittelbaren Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a auf den Heizungsvorlauf 12a vorgesehen.
  • Alternativ umfasst die Heizvorrichtung 10a zumindest den als Vorlaufwärmeübertrager 86a bezeichneten Wärmeübertrager 22a, der direkt an dem Heizungsvorlauf 12a angeordnet ist.
  • 3 zeigt ein Verfahren 34a zu einem Betrieb der Heizvorrichtung 10a. Vorzugsweise wird in zumindest einem Energieerzeugungsschritt 92a die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in Betrieb genommen. Insbesondere verwertet die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in dem Energieerzeugungsschritt 92a den Brennstoff 81a unter Zuführung des Oxidans 82 elektrochemisch. Insbesondere erzeugt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in dem Energieerzeugungsschritt 92a elektrische Energie. Vorzugsweise erzeugt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in dem Energieerzeugungsschritt 92a, insbesondere als Nebenprodukt, Wärme. In zumindest einem Versorgungsschritt 94a versorgt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a der Heizvorrichtung 10a die Wärmepumpeneinheit 16a der Heizvorrichtung 10a mit Energie. Insbesondere versorgt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in dem Versorgungsschritt 94a die Wärmepumpeneinheit 16a, insbesondere den Elektromotor 52a, mit elektrischer Energie. Vorzugsweise versorgt die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a in einem Wärmeversorgungsschritt 98a den Heizungsvorlauf 12a, den Wärmeträgerkreislauf 24a und/oder den Wärmezufuhrkanal 26a mit der in dem Energieerzeugungsschritt 92a erzeugten Wärme. Insbesondere wird die in dem Energieerzeugungsschritt 92a erzeugte Wärme mittels der Wärmeübertrager 20a-23a auf den Heizungsvorlauf 12a, den Wärmeträgerkreislauf 24a und/oder den Wärmezufuhrkanal 26a übertragen. Insbesondere wird in einem Pumpschritt 96a der Verdichter 50a durch den Elektromotor 52a angetrieben. Insbesondere wälzt der Verdichter 50a in dem Pumpschritt 96a ein Arbeitsmedium in dem Wärmeträgerkreislauf 24a um. Insbesondere überträgt die Wärmepumpeneinheit 16a in dem Pumpschritt 96a Wärme von der Wärmequelle 62a auf den Heizungsvorlauf 12a. Insbesondere überträgt die Wärmepumpeneinheit 16a in dem Pumpschritt 96a zusätzliche die von dem Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18a übertragene Wärme auf den Heizungsvorlauf 12a.
  • In den 4 bis 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 bis 6 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt.
  • 4 zeigt eine schematische Heizvorrichtung 10b. Die Heizvorrichtung 10b weist zumindest einem Heizungsvorlauf 12b auf. Die Heizvorrichtung 10b umfasst zumindest einen Heizungsrücklauf 14b. Die Heizvorrichtung 10b umfasst eine Wärmepumpeneinheit 16b. Die Wärmepumpeneinheit 16b ist zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf 12b vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10b umfasst zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18b. Vorzugsweise ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18b als Festoxidbrennstoffzelleneinheit ausgebildet. Die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18b ist zu einer Energieversorgung der Wärmepumpeneinheit 16b vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10b umfasst zumindest einen Wärmeübertrager 20b-23b. Der Wärmeübertrager 20b-23b ist zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18b auf den Heizungsvorlauf 12b vorgesehen. Vorzugsweise ist zumindest einer der Wärmeübertrager 20b-23b als Hochdruckwärmeübertrager 84b angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest einer der Wärmeübertrager 20b-23b als Vorlaufwärmeübertrager 86b angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest einer der Wärmeübertrager 20b-23b als Niederdruckwärmeübertrager 88b angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest einer der Wärmeübertrager 20b-23b als Zufuhrwärmeübertrager 90b angeordnet. Vorzugsweise sind die Wärmeübertrager 20b-23b fluidtechnisch seriell miteinander verbunden, insbesondere entgegen einer Wärmetransportstrecke von der Wärmequelle 62b zum Heizungsvorlauf 12b. Insbesondere ist die Abgasleitung 79b an dem Vorlaufwärmeübertrager 86b angeschlossen. Vorzugsweise ist der Vorlaufwärmeübertrager 86 unmittelbar an dem Hochdruckwärmeübertrager 84b angeschlossen. Vorzugsweise ist der Hochdruckwärmeübertrager 84b unmittelbar an dem Niederdruckwärmeübertrager 88b angeschlossen. Vorzugsweise ist der Niederdruckwärmeübertrager 88b unmittelbar an dem Zufuhrwärmeübertrager 90b angeschlossen. Für weitere Merkmale der Heizvorrichtung 10b darf auf die Beschreibung der Heizvorrichtung 10a, insbesondere auf die Beschreibung zu den 1 bis 3, verwiesen werden.
  • 5 zeigt eine schematische Heizvorrichtung 10c. Die Heizvorrichtung 10c weist zumindest einem Heizungsvorlauf 12c auf. Die Heizvorrichtung 10c umfasst zumindest einen Heizungsrücklauf 14c. Die Heizvorrichtung 10c umfasst eine Wärmepumpeneinheit 16c. Die Wärmepumpeneinheit 16c ist zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf 12c vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10c umfasst zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18c. Vorzugsweise ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18c als Festoxidbrennstoffzelleneinheit ausgebildet. Die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18c ist zu einer Energieversorgung der Wärmepumpeneinheit 16c vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10c umfasst zumindest einen Wärmeübertrager 21c. Der Wärmeübertrager 21c ist zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18c auf den Heizungsvorlauf 12c vorgesehen. Insbesondere umfasst der Wärmeübertrager 21c zumindest einen Teilabschnitt der als Vorlaufwärmeübertrager, als Hochdruckwärmeübertrager, als Niederdruckwärmeübertrager und/oder als Zufuhrwärmeübertrager ausgebildet ist. Insbesondere sind ein Vorlaufwärmeübertrager, ein Hochdruckwärmeübertrager, ein Niederdruckwärmeübertrager und/oder ein Zufuhrwärmeübertrager der Heizvorrichtung 10c ineinander integriert. Für weitere Merkmale der Heizvorrichtung 10c darf auf die Beschreibung der Heizvorrichtungen 10a und 10b, insbesondere auf die Beschreibung zu den 1 bis 4, verwiesen werden.
  • 6 zeigt eine schematische Heizvorrichtung 10d. Die Heizvorrichtung 10d weist zumindest einem Heizungsvorlauf 12d auf. Die Heizvorrichtung 10d umfasst zumindest einen Heizungsrücklauf 14d. Die Heizvorrichtung 10d umfasst eine Wärmepumpeneinheit 16d. Die Wärmepumpeneinheit 16d ist zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf 12d vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10d umfasst zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18d. Vorzugsweise ist die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18d als Festoxidbrennstoffzelleneinheit ausgebildet. Die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18d ist zu einer Energieversorgung der Wärmepumpeneinheit 16d vorgesehen. Die Heizvorrichtung 10d umfasst zumindest einen Wärmeübertrager 21d, 22d. Der Wärmeübertrager 21d, 22d ist zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18d auf den Heizungsvorlauf 12d vorgesehen. Vorzugsweise ist zumindest einer der Wärmeübertrager 21d, 22d als Hochdruckwärmeübertrager 84d angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest einer der Wärmeübertrager 21d, 22d als Vorlaufwärmeübertrager 86d angeordnet. Vorzugsweise sind die Wärmeübertrager 21d, 22d fluidtechnisch parallel zueinander an der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit 18d angeschlossen. Für weitere Merkmale der Heizvorrichtung 10d darf auf die Beschreibung der Heizvorrichtung 10a, insbesondere auf die Beschreibung zu den 1 bis 3, verwiesen werden.

Claims (10)

  1. Heizvorrichtung mit zumindest einem Heizungsvorlauf (12a; 12b; 12c; 12d), einem Heizungsrücklauf (14a; 14b; 14c; 14d) und einer Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d) zu einer Wärmeübertragung auf den Heizungsvorlauf (12a; 12b; 12c; 12d), gekennzeichnet durch zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d), insbesondere eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit, zu einer Energieversorgung der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d).
  2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen Wärmeübertrager (20a-23a; 20b-23b; 21c; 21d, 22d) zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d) auf den Heizungsvorlauf (12a; 12b; 12c; 12d).
  3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest einen Wärmeübertrager (20a, 21a, 23a; 20b, 21b, 23b; 21c; 21d) zu einer Übertragung von Wärme von der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d) auf einen Wärmeträgerkreislauf (24a; 24b; 24c; 24d) der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d).
  4. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Wärmeübertrager (20a; 20b; 21c), welcher in einem Wärmezufuhrkanal (26a; 26b; 26c) der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c) angeordnet ist.
  5. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Wärmeübertrager (23a; 23b; 21c), welcher in einem Niederdruckbereich (28a; 28b; 28c) der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c) angeordnet ist.
  6. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Wärmeübertrager (21a; 21b; 21c; 21d), welcher in einem Hochdruckbereich (30a; 30b; 30c; 30d) der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d) angeordnet ist.
  7. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkungsgrad der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d) zumindest 50 % beträgt.
  8. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine gemeinsame Gehäuseeinheit (32a; 32b; 32c; 32d) zu einer gemeinsamen Anordnung der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d) und der Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d) innerhalb der gemeinsamen Gehäuseeinheit (32a; 32b; 32c; 32d).
  9. Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d) zu einer Energieversorgung nur der Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d) vorgesehen ist.
  10. Verfahren zu einem Betrieb einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit (18a; 18b; 18c; 18d) der Heizvorrichtung eine Wärmepumpeneinheit (16a; 16b; 16c; 16d) der Heizvorrichtung mit Energie versorgt.
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